《生物膜及其功能》PPT課件.ppt

第十四章 生物膜的結(jié)構(gòu)與功能,Function and structure of bioomembranes,本章主要內(nèi)容,生物膜的化學(xué)組成 生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 物質(zhì)的過膜運(yùn)輸 信號(hào)的過膜傳導(dǎo),第一節(jié) 生物膜的化學(xué)組成,生物膜（biomembranes） 是包括細(xì)胞質(zhì)膜在內(nèi)的細(xì)胞中全部膜結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。,A 細(xì)胞膜 B 腔膜 C 線粒體膜 D 消化泡（次級(jí)溶酶體） E 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 F 分泌泡,所有生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)組成。尚含有少量糖、金屬離子和水（15%-20%）,一、膜脂(lipid),磷脂、少量糖脂和膽固醇的總稱，其中以磷脂為主要成分,（一）膜脂的種類,1、甘油磷脂 2、鞘磷脂 3、糖脂 4、膽固醇,化學(xué)組成,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基（主要是含16碳的軟脂酸和18碳的油酸）相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。,甘油磷脂（Glycerophospholipids）,磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子,極性端,非極性端,糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。動(dòng)物細(xì)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。 結(jié)構(gòu)為,糖脂（Glycosphingolipids）,半乳糖,（二）膜脂質(zhì)的雙親性,微團(tuán),雙分子層,脂質(zhì)體,生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱為膜蛋白 根據(jù)它們?cè)谀ど系亩ㄎ磺闆r： 可以分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實(shí)施功能的基本場(chǎng)所,二、膜蛋白,外在蛋白 內(nèi)在蛋白,跨膜蛋白,這類蛋白約占膜蛋白的2030%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結(jié)合。 外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來(lái)。 外周蛋白能溶解于水。,外周蛋白（peripheral protein）,內(nèi)在蛋白（integral protein）,內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。 這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來(lái)。 內(nèi)在蛋白與雙層脂膜疏水區(qū)接觸部分，由于沒有水分子的影響，多肽鏈內(nèi)形成氫鍵趨向大大增加，因此，它們主要以-螺旋和-折疊形式存在，其中又以-螺旋更普遍。,三、膜糖,生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。 糖類在膜上的分布是不對(duì)稱的，全部都處于細(xì)胞膜的外側(cè)。生物膜中組成寡糖的單糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。 生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識(shí)別方面具有重要作用。,生物膜的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一、膜的運(yùn)動(dòng)性,分子擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)等,膜蛋白的運(yùn)動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng)較慢 側(cè)向運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散,流動(dòng)鑲嵌模型,第三節(jié) 物質(zhì)的過膜運(yùn)輸,單向轉(zhuǎn)運(yùn),（同向、異向）,協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn),基本方式,一、小分子與離子的過膜轉(zhuǎn)運(yùn),（一）簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simple diffusion) 包括分子和離子的轉(zhuǎn)運(yùn),順濃度梯度 不需要能量,（二）促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）,1)由高濃度向低濃度 2）不需要能量 3）需通道蛋白或載體蛋白介導(dǎo),（三）主動(dòng)運(yùn)輸（active transport）,1）轉(zhuǎn)運(yùn)載體 2）消耗能量 3）逆濃度梯度,如：質(zhì)子泵、鈉-鉀泵、鈣泵等,主動(dòng)運(yùn)輸、促進(jìn)擴(kuò)散、簡(jiǎn)單擴(kuò)散,主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)舉例： Na+-K+ ATPase,是膜上的載體蛋白，稱為Na-K泵或 Na-K-ATP酶 由22四個(gè)亞基組成,Na-K-ATP酶有兩種不同的構(gòu)型,胞外高Na+,低K+; 胞內(nèi)高K+,低Na+,作用機(jī)制：,二、大分子物質(zhì)的過膜轉(zhuǎn)運(yùn),吞噬作用（phagocytosis）,細(xì)胞內(nèi)吞噬較大的固體顆?；蚍肿訌?fù)合物如微生物、細(xì)胞碎片等的過程。,第四節(jié) 信號(hào)的過膜傳導(dǎo),一、受體的概念,是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素、藥物等）并與之結(jié)合的生物大分子。 生物大分子：大多是蛋白質(zhì)，少量糖脂 受體多位于膜上（膜受體，多為鑲嵌糖蛋白）， 少部分在胞內(nèi)（胞內(nèi)受體，均為DNA結(jié)合蛋白） 配體（ligand） 與受體結(jié)合的活性分子。是信息的載體，也稱第一信使,二、受體的特點(diǎn),可飽和性,受體的特點(diǎn),專一性,可逆性,高親和性,特定的作用模式,三、受體的分類,I型配體門通道型：乙酰膽堿 型G-蛋白偶聯(lián)型：腎上腺素，糖原 型酪氨酸蛋白激酶型: 生長(zhǎng)因子 型 DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型,二、G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng),（一）G 蛋白：全稱為GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白。是一類和GTP或GDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白。 三個(gè)亞基組成。,兩種構(gòu)象： 非活化型： ,GDP,活化型：,GTP,分布極廣，參與細(xì)胞物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,G蛋白相偶聯(lián)受體：一條肽鏈形成的過膜蛋白，有7個(gè)跨膜-螺旋肽段往返于質(zhì)膜的脂質(zhì)雙層中,即cAMP-PKA途徑： 以靶細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度改變和激活蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）為主要特征，是激素調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的主要途徑,功能：1 調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝 2 調(diào)控基因表達(dá),(二)蛋白激酶A(PKA)途徑,配體與受體結(jié)合 交換GTP/GDP（G蛋白活化） 結(jié)合并激活A(yù)C（腺苷酸環(huán)化酶） 生成cAMP（第二信使） 激活PKA 發(fā)揮作用,（三）蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途徑,即甘油二酯(diglyceride，DG)蛋白激酶C途徑 甘油二酯(DG)是該途徑的第二信使 當(dāng)激素與受體結(jié)合后經(jīng)G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。,脂溶性的DG在膜上累積并使緊密結(jié)合在膜上的無(wú)活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰島素、腎上腺素等激素和神經(jīng)遞質(zhì)在細(xì)胞膜上的受體，還有糖原合成酶，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，NaKATP酶和轉(zhuǎn)鐵蛋白等)的絲氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。引起細(xì)胞內(nèi)的生理效應(yīng)。,(四)IP3-Ca+/CaM途徑：,IP3和Ca2+都是它的第二信使 IP3是水溶性的，在膜上水解生成后進(jìn)入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+ 門控通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+ 釋人胞液中，胞內(nèi)Ca2+ 水平的升高，使Ca2+鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸環(huán)化酶、 Ca2+Mg2+ATP酶等，產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。 IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以終止其第二信使作用。,三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng) （一）酪氨酸蛋白激酶型受體 包括胰島素，生長(zhǎng)激素，細(xì)胞因子等多肽類激素和生長(zhǎng)因子,糖蛋白，由一條或兩條多肽鏈構(gòu)成，一個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu) 三個(gè)區(qū) 胞外區(qū)：配體識(shí)別和配體結(jié)合